跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯合調度研究

姜政同

【摘要】我國水資源在分布方面不均，和社會經濟的發展不相符合，水資源供需要求很難滿足，只是采用本區域的水資源開采挖掘很難對本地區的水資源短缺問題合理及誒絕，現階段跨區域調水工程逐漸成為水資源分配以及對缺水區域供需矛盾進行緩解的主要方式。并且當前對于跨流域水庫群聯合調度模型的優化以及求解方式的研究有了很大的進步。但是，隨著跨區域調水需求不斷在增大，水庫群拓撲結構也呈現出一定的復雜性，調度規則和求解方式的適用性有了一定的問題存在。同時，對于跨流域水庫群引水方式的研究也很少，在對引水規則的制定中需要按照不同的水庫群拓撲結構，在此基礎上對規則實現不斷完善，從而將引水的效率不斷提升。另外，由于跨流域水庫群的調度規模不斷在增加，這樣就將調度問題的復雜程度加大，這對于計算效率以及求解精度要求也是越來越高。隨著現階段計算機技術的快速發展以及多核并行計算平臺日益多元化，在對其計算效率以及求解精度要求提升方面采用多核并行計算成為主要的方式之一。

【關鍵詞】跨流域引水期間；水庫引水；供水；聯合調度

1、跨流域引水期間受水水庫引水與供水聯合調度現狀

隨著當前社會經濟的發展，人們的用水需求不斷在增加，相對于一些水資源比較匱乏的區域，其主要就是采用農業以及生態環境水量和對地下水超采方式來滿足用水需求。為了能夠對這些區域用水需求矛盾進行合理的解決，就需要采用跨流域工程，從而將人們的用水需求合理的解決，并且將農業用水和生態環境用水需求進行環節，實現對地下水超采的壓縮。在采用跨流域引水之后，由于水庫所承載的任務以及其他客觀條件都有很大的變化，采用傳統的調度原則和調度圖很難適應新的形式。水庫調度不但需要和供水規則相適應，還將引水規則有效增加；水路調度圖不但擁有多個目標的供水控制線組成，還將引水控制線當中的引水調度圖增加，也就是對引水和供水聯合調度圖進行合理的繪制。所以，加強對跨流域引水當中水庫有效調動方式的研究就非常有意義。

在對受水水庫調度方面，所遇到的挑戰主要就是，如果按照規劃的方式引水，這樣前期的引水就會因為后期的天然水比較多而放棄；如果引水量不是很充足，這樣就會造成因為后期的水庫天然來水太少使得供水環境產生損壞，所以，就需要制定合理的聯合調度圖以及規則，以此對供水和引水之間的矛盾進行環節，將引水長距離的有效性合理實現；同時在對引水量的規劃中，實現水庫供水量實現最大化。

2、水庫群引水與供水聯合調度規則

通常，因為下游的來水很大，為了能夠對區間來水合理應用，下游對于下游區間當中的供水主要有兩種方式：第一是首先對區間來水實現供應，如果區間的來水不充足，然而按照時段初儲水量區域實現供水規劃，對不充足的部分需要水庫來供應；另外一種方式就是按照時段初蓄水量所處的水庫調度區域進行供水決策，繼而采用區間來水實現供應，不充足的由水庫來供應。

因為跨流域水庫群系統自身的拓撲結構很復雜，只是采用水庫調度圖很難將整體系統的調度規則合理的體現出來，在此基礎上還需要采用相應的輔助規則來結合應用，在這當中，主要有以下問題存在：第一，如果多個水庫為同一個目標供水，這樣所制定的聯合供水規則就對引水的合理性有著很大的影響。聯合供水當中的供水規則主要就是對供水決策和總量在實際的分配方面的問題；第二，由于受水水庫不僅僅只是一個，在這當中還有調水水庫對水量的調出方面，對受水水庫之間水量如何分配的問題，若是引水分配不是很合理，這樣就會使得供水壓力太大，水庫水量不足問題存在，相對于一些水量比較充足的區域水庫效率太低不但需要引水，還需要棄水，所以，制定合理的引水以及供水規則是調度規劃當中最為主要的一個環節。

3、引水與供水聯合調度圖的方式

由于水庫天然來水很難控制和預測，這是聯合調度引水和供水的難點，其主要體現在長距離供水成本和費用方面很難確保。為了確保各個用水目標的供水合理，需要在規則的引水范圍之內盡可能的多引水；如果水庫后期因為天然來水比較多，這樣在受汛限水位的束縛下就會棄水，盡管在整體宏觀角度來看棄水對于下游河道以及入海口的生態非常有利，但是，長距離引水成本很高，這非常的不經濟以及合理。第二個難點主要體現在前期的引水比較少問題，如果水庫后期因為降雨所產生的天然來水很少，這樣就很難確保各個目標用水需求用戶供水的保證率不高，一般為了處理這些問題，最為有效的方式就是按照歷史參考資料來實現合理的模擬，在此基礎上制定合理的引水和供水聯合調度圖，從而將引水和棄水之間的關系以及引水和用水量之間的關系進行保證。

相對于將供水作為主要的多用戶水庫，供水主要就是工業用水以及生活用水，還有農業生態用水等，往往還有發電以及航運等需求用水，按照相應的要求，每一個供水保證率的要求是不同的，因為供水保證率主要就是按照從高到低的順序來對其優先順序進行確定的，這樣就可以按照用水的特點以及相關的影響因素來對其破壞深度進行合理確定。

4、受水水庫引水與供水聯合調度圖的模擬優化方法

4.1引水與供水聯合調度模型

相對于受水水庫引水和供水之間的聯合調度問題，其作為多水源以及多用戶和多目標水資源聯合調度的主要問題之一。首先，就需要在給定的飲水量目標范圍之內，確保引水之前的相應農業以及生態用水的實際需求，使得對于工業和人們的實際生活當中供水量為最大，同時能夠在一定意義上確保供水保證率符合相關要求；其次，需要在對工業以及生活供水量最大的基礎上有效的滿足相應保證率，將長距離高成本飲水量的合理性進行提升，也就是在對生態環境用水量滿足的基礎上實現水庫棄水的最小。

4.2對單目標聯合調度模型的求解

在這當中應用長系列的模擬方式，以及對于受水水庫引水和供水聯合調度圖以及調度規則方面采用迭代求解。

4.2.1狀態變量、決策時段與決策變量

對于水庫的水位按照狀態變量來取，按照北方供水水庫以及用水的實際特點，對于汛期需要按照旬以及非汛期按照月來有效劃分，對于一年可以將其劃分為二十個決策時期，相對于決策變量主要有引水和供水決策變量。在這當中，對于引水決策時期當中的飲水量，對其主要可以分為三個級別，也就是滿引、按一定規則引水、不引水；這主要是由水庫時段初水位在引水調度圖當中的相應位置以及相關規則來合理關聯的。供水決策主要就是水庫為各個用水戶當中的實際供水量，按照用水戶的不同對供水的次序進行合理分配，按照由水庫時段初水位在供水調度圖中的位置和相應的供水規則所決定。

4.2.2模型求解過程

在實際的長系列模擬優化之前，需要制定相應的初始調度圖，也就是對于每一個調度線當中的初始位置進行劃定。在長系列模擬過程中，按照調度圖當中的時段初受水水庫水位，其自身所處的位置以及調度規則來實現引水以及供水決策，從而獲得相應的目標函數值；并且在實際的模擬當中需要對相關的約束進行加強重視，采用相應的懲罰約束基礎條件，對于已經有的約束問題合理的轉化為沒有約束的問題；在這當中，如果不能對供水保證率等約束條件合理的滿足，這樣對于目標函數值就需求合理的懲罰。

（1）求解模型Ⅰ

在對于工業以及生活用水量確定之后，應用長系列方式來對初始調度圖進行繪制，（引水調度圖中兩條引水控制線取各時段水庫蓄水位上限）；（下轉第頁）

（上接第頁）

因為對于引水的合理性不是很重視，所以采用DPSA算法在一定意義上只能夠將聯合調度圖當中的供水圖實現優化，在采用迭代優化完成之后按照相應的供水保證率等指標來對實際的工業以及農業和生活用水需求進行合理的判斷；這樣若是需要增加就有一定的余量，從而能夠根據重新所擬制的供水目標量，同時采用人機交互的方法綠地調度圖合理調整，在獲得相應和約束條件滿足的初始可行解來將其輸入，對調度圖重新合理的實現優化。這樣反復進行測試計算，直到最終不再增加為止，也就是對生活以及工業供水量最大值進行獲得。

（2）求解模型Ⅱ

以模型Ⅰ當中所獲得的相應生活以及工業當中的供水量最大值作為約束條件，因此，其相對應的聯合調度圖也就可以作為初始調度圖，相對于聯合調度圖當中引水以及供水調度在實際的優化當中主要應用DPSA算法來實施，采用對相應的棄水量相應的指標有效統計，以此來對其合理判斷，確保其是否需要對調度圖合理優化；這樣一直迭代到最后停止，也就是獲得優化的引水與供水聯合調度圖及其調度規則。

結語：

相對于跨流域引水工程來講，其主要組成主要就是引水水庫以及管線或者渠道以及受水水庫所構成，其系統非常的復雜。所以，在確保供水安全的基礎上，就需要加強對降雨以及徑流長期預報信息實施有效應用，在此基礎上制定科學合理的引水以及供水調度規劃，將引水水庫調水量合理應用。

參考文獻：

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